KR101009163B1 - 스핀들모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축을 지지하는 스러스트와셔와의 마찰을 감소시키고 스핀들모터의 구동시 회전축을 부상시킴으로써 회전축의 안정된 회전특성을 보장할 수 있는 스핀들모터에 관한 것으로, 본 발명의 스핀들모터는 내경부에 회전축을 수용하여 회전가능하게 지지하며 내경부와 회전축 사이에 레디얼베어링을 형성하는 슬리브와, 슬리브의 하측면에 마주하여 스러스트베어링을 형성하며 회전축의 하측 말단에 고정되게 설치된 스러스트판과, 슬리브의 하단부에 설치되어 회전축의 말단을 지지하는 스러스트와셔를 포함하며, 레디얼베어링은 스러스트와셔에 대하여 회전축을 부상시키도록 스러스트판의 하측면쪽으로 유체를 펌핑하는 것을 특징으로 한다.

스핀들모터, 슬리브, 스토퍼, 용접, 응력, 잔류응력, 유체동압

Description

스핀들모터{Spindle motor}

본 발명은 스핀들모터에 관한 것으로, 더 구체적으로는 회전축을 지지하는 스러스트와셔와의 마찰을 감소시키고 스핀들모터의 구동시 회전축을 부상시킴으로써 회전축의 안정된 회전특성을 보장할 수 있는 스핀들모터에 관한 것이다.

일반적으로 스핀들모터는 베어링과 회전축 사이에 일정한 접촉구간을 유지하여 회전축을 회전가능하게 지지함으로써 고정도의 회전특성을 유지할 수 있고, 이로 인해 하드디스크드라이브, 광디스크드라이브 및 기타 고속회전을 요망하는 기록매체의 구동수단으로 널리 채용되고 있다.

이와 같은 스핀들모터에서, 회전축의 회전을 용이하게 하도록 회전축과 회전축을 축지지하는 슬리브 사이에 소정의 유체를 주입하고 회전축의 회전시 동압이 발생하도록 하는 유체동압베어링이 일반적으로 사용되고 있다.

그러나, 회전축의 회전시 회전축과 회전축의 단부를 지지하고 있는 스러스트와셔 사이에 발생하는 마찰로 인하여 회전축의 단부가 마모되며, 이로 인하여 회전 축의 회전시 의도하지 않은 진동 등이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 회전축의 회전시 회전축을 소정 높이로 부상시킴으로써 회전축의 마모를 방지하고 의도하지 않은 진동을 방지함으로써 회전축의 안정된 회전특성을 갖는 스핀들모터를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내경부에 회전축을 수용하여 회전가능하게 지지하며 상기 내경부와 상기 회전축 사이에 레디얼베어링을 형성하는 슬리브와, 상기 슬리브의 하측면에 마주하여 스러스트베어링을 형성하며 상기 회전축의 하측 말단에 고정되게 설치된 스러스트판과, 상기 슬리브의 하단부에 설치되어 상기 회전축의 말단을 지지하는 스러스트와셔를 포함하며, 상기 레디얼베어링은 상기 스러스트와셔에 대하여 상기 회전축을 부상시키도록 상기 스러스트판의 하측면쪽으로 유체를 펌핑하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 슬리브는 상기 내경부에 유체를 보관하는 도피홈이 형성되고, 상기 도피홈을 중심으로 상측의 제1레디얼베어링과 하측의 제2레디얼베어링이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1레디얼베어링은 상기 도피홈쪽으로 상기 유체를 펌핑하여 상기 도피홈의 부압 발생을 방지하고 상기 제2레디얼베어링은 상기 스러스트판의 하 측면에 부상력을 인가하도록 유체를 펌핑하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리브는 상기 제1,2레디얼베어링을 형성하도록 비대칭 헤링본 형상의 제1,2동압발생홈이 상기 도피홈을 중심으로 상기 내경부에 각각 형성되며, 상기 제1동압발생홈에서 형성되는 유체 펌핑힘은 상기 제2동압발생홈에서 형성되는 유체 펌핑힘보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스러스트판은 상기 슬리브와 마주하는 면에 상기 스러스트베어링을 형성하기 위한 스러스트 동압발생홈이 형성되며, 상기 스러스트 동압발생홈은 상기 회전축 쪽으로 유체를 펌핑하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스러스트 동압발생홈에 의한 유체 동압은 상기 스러스트판과 상기 슬리브 사이의 거리에 반비례하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축은 상기 스러스트와셔와 점접촉하도록 라운드 처리된 피봇부를 가지며, 상기 피봇부는 상기 회전축의 회전시 상기 스러스트와셔로부터 부상되어 이격되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 회전축의 피봇부가 라운드 처리되어 회전축과 스러스트와셔 사이의 마찰을 감소시켜 회전축의 마모를 감소시킬 수 있으며, 회전축의 부상시 스러스트베어링에 의해 회전축의 부상 높이가 조절될 수 있어 스핀들모터의 안정된 구동특성을 달성할 수 있다.

또한, 회전축의 회전시 회전축을 소정 높이로 부상시킴으로써 회전축의 마모 를 방지하고 의도하지 않은 진동을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들모터에 대해 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 스핀들모터(100)는 플레이트(110), 슬리브(120), 전기자(130), 회전축(140), 스러스트판(150) 및 로터케이스(160)를 포함한다.

플레이트(110)는 스핀들모터(100)를 전체적으로 고정되게 지지하기 위한 것으로, 스핀들모터(100)가 설치되는 하드디스크드라이브 등의 장치에 고정되게 설치된다. 여기서 플레이트(110)는 알루미늄판 또는 알루미늄합금판 등의 경량재질로 제작되나, 이와 달리 강철판으로 제작될 수 있다.

또한, 플레이트(110)는 슬리브(120)가 결합되는 결합부(111)가 돌출형성되며 결합부(111)는 중앙부위에 슬리브(120)가 삽입되도록 슬리브(120)의 외경과 동일한 직경을 갖는 결합공이 형성된다. 즉, 이 결합공에 슬리브(120)가 삽입되어 고정되게 결합된다. 이때 슬리브(120)를 결합부(111)에 고정시키기 위하여 별도의 레이저 용접 또는 접착 공정 등이 수행될 수 있으나, 이와 달리 슬리브(120)에 소정의 압력을 인가하여 결합공에 압입함으로써 고정되게 결합시킬 수 있다.

슬리브(120)는 회전축(140)을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 전체적으로 중공의 원통형상을 가지며 회전축(140)과 마주하는 내경부 및 스러스트판과 마주하는 베어링면에 유체동압베어링이 형성된다. 또한, 슬리브(120)는 회전축(140)의 말단을 회전가능하게 지지하는 스러스트와셔(121)가 말단에 고정되게 설치된다. 또한 슬리브(120)는 회전축(140)과의 사이에 유체를 보관할 수 있는 도피홈(122)이 내경부의 내주면을 따라 환형으로 형성되며, 도피홈(122)에 보관되는 유체는 회전축(140)의 회전시 레디얼베어링의 부압발생을 방지한다. 이와 같은 슬리브(120)의 구성 및 유체동압베어링의 구성은 아래에서 더 구체적으로 설명하기로 한다.

전기자(130)는 광디스크가 탑재되는 로터케이스(160)를 회전시키기 위하여 외부전원을 인가받아 전기장을 형성하기 위한 것으로, 다수 매의 박형 금속판을 적층시킨 코어(131)와 이 코어(131)에 다수회 권선되는 코일(132)로 이루어진다.

코어(131)는 플레이트(110)의 결합부(111)의 외주면에 고정되게 설치되며, 코일(132)은 코어(131)에 권선된다. 여기서 코일(132)은 외부로부터 인가되는 전류로 전기장을 형성함으로써 로터케이스(160)의 자석(163)과의 사이에 형성되는 전자기력으로 로터케이스(160)를 회전시킨다.

회전축(140)은 로터케이스(160)를 축지지하기 위한 것으로, 슬리브(120)에 삽입되며 슬리브(120)에 의해 회전가능하게 지지된다. 한편, 회전축(140)의 하부에 스러스트판(150)이 삽입되어 결합될 수 있도록 하부가 슬리브(120)에 삽입되는 부위보다 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있으며, 이때 회전축(140)의 하부에 삽입된 스러스트판(150)을 회전축(140)에 고정시키기 위하여 별도의 레이저 용접 등이 수행될 수 있으나, 이와 달리 스러스트판(150)에 소정의 압력을 인가하여 스러스트판(150)과 회전축(140)을 압입결합할 수 있다.

한편, 본 실시예의 회전축(140)은 스러스트와셔(121)에 지지되는 말단이 스러스트와셔(121)와의 사이에 마찰을 감소시키도록 라운드 처리되는 것이 바람직하다. 즉 회전축(140)은 스러스트와셔(121)에 지지되는 부위에 피봇부(141)가 형성되며 이 피봇부(141)는 라운드 처리되어 회전축(140)의 비회전시 스러스트와셔(121)에 점접촉되며 회전축(140)의 회전시 스러스트와셔(121)로부터 부상되는 것이 바람직하다.

스러스트판(150)은 회전축(140)에 고정되게 설치되며 슬리브(120)와의 사이에 스러스트 유체동압베어링을 형성하기 위한 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 슬리브(120)에 마주하는 부위에 스러스트 동압발생홈(151)이 형성된다. 스러스트 동압발생홈은 회전축(140)의 회전시 슬리브(120)와 스러스트판(150) 사이에 보관되는 유체를 한 점으로 집중시켜 유체동압을 발생시킴으로써 슬리브(120)와 스러스트판(150) 사이에 스러스트 유체동압베어링을 형성한다. 또한, 스러스트판(150)에 형성되는 동압발생홈은 유체를 회전축(140)쪽으로 펌핑할 수 있도록 비대칭 형상을 가질 수 있다. 본 실시예들에서 스러스트 동압발생홈을 스러스트판(150)에 형성하 였으나, 이와 달리 스러스트 동압발생홈은 슬리브(120)에 형성될 수 있다.

로터케이스(160)는 하드디스크 등의 미도시한 광디스크를 탑재하여 회전시키기 위한 것으로, 회전축(140)이 고정되게 설치되는 원판부(161)와 원판부(161)의 말단으로부터 연장되는 환형의 테두리부(162)를 갖는다.

원판부(161)는 중앙부위에 회전축(140)이 고정되게 삽입결합되며, 테두리부(162)는 그 내주면이 전기자(130)에 마주하도록 회전축(140)의 축방향으로 연장되며, 코일(132)에서 형성되는 전기장과의 사이에 전자기력을 발생시키도록 자기장을 형성하는 자석(163)이 테두리부(162)의 내주면에 고정되게 설치된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 스핀들모터(100)는 슬리브(120)의 내경부에 도피홈(122)을 중심으로 상측의 제1레디얼베어링(123)과 하측의 제2레디얼베어링(124)이 형성되며, 스러스트판(150)과의 사이에 스러스트베어링(152)이 형성된다.

이때, 제1레디얼베어링(123)은 회전축(140)의 회전시 유체 동압을 발생시킴과 동시에 유체를 도피홈(122)쪽으로 펌핑하도록 형성된다. 즉, 제1레디얼베어링(123)에 의해 펌핑되는 유체에 의하여 도피홈(122)쪽에 발생할 수 있는 부압발생을 방지할 수 있다.

제2레디얼베어링(124)은 회전축(140)의 회전시 유체 동압을 발생시킴과 동시에 유체를 스러스트베어링(152)쪽으로 펌핑하도록 형성된다. 이때 제2레디얼베어 링(124)의 유체 펌핑힘이 스러스트베어링(152)의 펌핑힘보다 크게 형성되어 유체가 ａ→ｂ→ｃ 방향으로 펌핑되며, 최종적으로 스러스트판(150)을 부상시키는 부상력(d)으로서 작용하게 된다.

스러스트베어링(152)은 회전축(140)의 회전시 유체 동압을 발생시킴과 동시에 유체를 회전축(140)쪽으로, 즉 화살표(b)의 반대방향으로 펌핑한다. 이때 스러스트베어링(152)에 의한 유체 펌핑힘은 제2레디얼베어링(124)에 의해 화살표(b) 방향으로 펌핑되는 유체의 펌핑힘보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 스러스트베어링(152)의 유체 동압은 스러스트판(150)과 슬리브(120) 사이의 거리에 반비례하게 형성된다. 즉, 스러스트판(150)과 슬리브(120) 사이의 거리가 작아지게 되면 이들 사이에 발생하는 유체 동압의 힘이 더 커지게 된다. 이와 같은 작용에 의해 스러스트판(150)과 슬리브(120)의 충돌을 방지할 수 있다.

즉, 제2레디얼베어링(124)에 의해 스러스트판(150)이 회전축(140)과 함께 부상하여 회전되나, 제2레디얼베어링(124)에 의한 부상력에 의해 스러스트판(150)과 슬리브(120) 사이의 거리가 작아지게 되면 스러스트베어링(152)에 의한 유체 동압의 힘이 증대되어 부상력을 감소시킴으로써, 회전축(140)의 부상 높이를 일정하게 조절할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 슬리브(120)의 내경부에 제1레디얼베어링(123)을 형성하는 제1동압발생홈(123a)과 제2레디얼베어링(124)을 형성하는 제2동압발생홈(124a)이 형성되고, 제1동압발생홈(123a)은 유체를 도피홈(122)쪽으로 펌핑하도 록 비대칭 헤링본 형상을 가지며 제2동압발생홈(124a)은 유체를 스러스트판(150)의 상면, 측면 및 하면쪽으로 펌핑하여 스러스트판(150)을 부상시키도록 비대칭 헤링본 형상을 갖는다. 이때 제2동압발생홈(124a)에 의한 유체 동압의 힘은 제1동압발생홈(123a)에 의한 동압의 힘보다 큰 것이 바람직하다.

도 4에 도시한 바와 같이, 스러스트판(150)에는 회전축(140)의 방향으로 유체를 펌핑하도록 비대칭 헤링본 형상을 갖는 스러스트 동압발생홈(151)이 형성된다. 이때 스러스트 동압발생홈(151)에 의한 유체 펌핑힘은 제2레디얼베어링(124)에 의한 유체 펌핑힘보다 작은 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스핀들모터(100) 및 동압베어링의 작동 과정을 도 1 및 도 2를 참조로 설명하기로 한다.

우선, 스핀들모터(100)의 비구동시 회전축(140)의 피봇부(141)가 스러스트와셔(121)에 점접촉되어 있다. 외부 전원이 전기자(130)에 인가되면, 전기자(130)에서 발생되는 전기장과 자석(163)의 자기장 사이에 발생되는 전자기력에 의해 로터케이스(160)가 회전된다.

다음, 회전축(140)이 소정의 회전수만큼 회전되게 되면, 슬리브(120)에 형성된 동압베어링에 의해 유체 동압이 발생된다. 제1레디얼베어링(123)에서 A 및 C 위 치의 유체가 제1동압발생홈(123a)에 의해 B 위치로 집중되어 유체 동압을 발생시키며, 제2레디얼베어링(124)에서 D 및 F 위치의 유체가 제2동압발생홈(124a)에 의해 E 위치로 집중되어 유체 동압을 발생시킨다. 한편, 제1레디얼베어링(123)은 유체를 도피홈(122) 쪽으로 펌핑하여 도피홈(122)에서 발생될 수 있는 부압을 방지하고, 제2레디얼베어링(124)은 유체를 F, G, H 및 J 위치로 펌핑하여 스러스트베어링(152)을 부상시킨다.

이와 동시에, 스러스트판(150)에 형성된 스러스트 동압발생홈(151)에 의해 스러스트판(150)과 슬리브(120) 사이에 스러스트베어링(152)이 형성되며, 스러스트베어링(152)은 유체를 G→F 방향으로 펌핑한다. 이때 스러스트베어링(152)에 의한 유체 펌핑힘은 제2레디얼베어링(124)에 의한 유체 펌핑힘보다 작게 형성된다.

다음, 제2레디얼베어링(124)의 유체 펌핑힘에 의하여 부상된 스러스트판(150)과 슬리브(120) 사이의 거리가 작아지게 되면, 스러스트베어링(152)의 동압이 증대되고 이에 비례하게 G→F 방향의 유체 펌핑힘도 증대되게 된다. 이와 같이 증대된 스러스트베어링의 동압 및 펌핑힘에 의해 스러스트판(150)과 슬리브(120) 사이의 거리가 증대되거나 유지될 수 있다. 이로 인하여 스러스트판(150)과 슬리브(120)의 충돌이 방지될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 스핀들모터(100)는 회전축(140)의 피봇부(141)가 라운드 처리되어 회전축(140)과 스러스트와셔(121) 사이의 마찰을 감소 시켜 회전축(140)의 마모를 감소시킬 수 있으며, 회전축(140)의 부상시 스러스트베어링(152)에 의해 회전축(140)의 부상 높이가 조절될 수 있어, 스핀들모터(100)의 안정된 구동특성을 달성할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 본 발명의 스핀들모터에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들모터의 개략적인 단면도;

도 2는 도 1의 개략적인 부분 확대 단면도;

도 3은 도 1의 슬리브의 개략적인 단면도; 및

도 4는 도 1의 스러스트판의 개략적인 정면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 스핀들모터 110 : 플레이트

111 : 결합부 120 : 슬리브

121 : 스러스트와셔 122 : 도피홈

123 : 제1레디얼베어링 123a : 제1동압발생홈

124 : 제2레디얼베어링 124a : 제2동압발생홈

130 : 전기자 131 : 코어

132 : 코일 140 : 회전축

141 : 피봇부 150 : 스러스트판

151 : 스러스트 동압발생홈 152 : 스러스트베어링

160 : 로터케이스 161 : 원판부

162 : 테두리부 163 : 자석

Claims (7)

1. 내경부에 회전축을 수용하여 회전가능하게 지지하며 상기 내경부와 상기 회전축 사이에 레디얼베어링을 형성하는 슬리브;

   상기 슬리브의 하측면에 마주하여 스러스트베어링을 형성하며 상기 회전축의 하측 말단에 고정되게 설치된 스러스트판; 및

   상기 슬리브의 하단부에 설치되어 상기 회전축의 말단을 지지하는 스러스트와셔를 포함하며,

   상기 레디얼베어링은 상기 스러스트와셔에 대하여 상기 회전축을 부상시키도록 상기 스러스트판의 하측면쪽으로 유체를 펌핑하고,

   상기 회전축은 상기 스러스트와셔와 점접촉하도록 라운드 처리된 피봇부를 가지며, 상기 피봇부는 상기 회전축의 회전시 상기 스러스트와셔로부터 부상되어 이격되는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
2. 내경부에 회전축을 수용하여 회전가능하게 지지하며 상기 내경부와 상기 회전축 사이에 레디얼베어링을 형성하는 슬리브;

   상기 슬리브의 하측면에 마주하여 스러스트베어링을 형성하며 상기 회전축의 하측 말단에 고정되게 설치된 스러스트판; 및

   상기 슬리브의 하단부에 설치되어 상기 회전축의 말단을 지지하는 스러스트와셔를 포함하며,

   상기 레디얼베어링은 상기 스러스트와셔에 대하여 상기 회전축을 부상시키도록 상기 스러스트판의 하측면쪽으로 유체를 펌핑하고,

   상기 슬리브는 상기 내경부에 유체를 보관하는 도피홈이 형성되고, 상기 도피홈을 중심으로 상측의 제1레디얼베어링과 하측의 제2레디얼베어링이 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1레디얼베어링은 상기 도피홈쪽으로 상기 유체를 펌핑하여 상기 도피홈의 부압 발생을 방지하고 상기 제2레디얼베어링은 상기 스러스트판의 하측면에 부상력을 인가하도록 유체를 펌핑하는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 슬리브는 상기 제1,2레디얼베어링을 형성하도록 비대칭 헤링본 형상의 제1,2동압발생홈이 상기 도피홈을 중심으로 상기 내경부에 각각 형성되며, 상기 제1동압발생홈에서 형성되는 유체 펌핑힘은 상기 제2동압발생홈에서 형성되는 유체 펌핑힘보다 작은 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 스러스트판은 상기 슬리브와 마주하는 면에 상기 스러스트베어링을 형성하기 위한 스러스트 동압발생홈이 형성되며, 상기 스러스트 동압발생홈은 상기 회전축 쪽으로 유체를 펌핑하는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 스러스트 동압발생홈에 의한 유체 동압은 상기 스러스트판과 상기 슬리 브 사이의 거리에 반비례하는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.
7. 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 회전축은 상기 스러스트와셔와 점접촉하도록 라운드 처리된 피봇부를 가지며, 상기 피봇부는 상기 회전축의 회전시 상기 스러스트와셔로부터 부상되어 이격되는 것을 특징으로 하는 스핀들모터.

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